Seus interesses de pesquisa são principalmente em processos relacionados à tectônica de placas e geodinâmica, bem como sismologia com projetos recentes sobre a interação entre topografia e processos profundos na Terra. Ele foi um membro da equipe que identificou pela primeira vez a estrutura de placas tectônicas de mais de 1.5 bilhão de anos; descobriu a Descontinuidade Litosférica Média de fundamental importância para a evolução tectônica; e descobriu um papel fundamental da atividade magmática para o desenvolvimento das bacias sedimentares economicamente importantes. Ele foi iniciador de mais de 40 projetos geocientíficos colaborativos internacionais de grande escala.
Hans Thybo é eleito membro da Real Academia Dinamarquesa de Ciências, onde atuou como vice-presidente por 6 anos; Academia Europa; Academia Norueguesa de Ciências e Letras; e da Academia Dinamarquesa de Ciências Naturais, onde é membro do conselho. Ele é membro da Geological Society of America e da Royal Astronomical Society, em Londres. Ele foi representante nacional do ICSU e presidiu o comitê dinamarquês do ICSU 2006-2017. Foi membro externo de conselhos de faculdades e conselhos de pesquisa em vários países. É Editor Honorário da revista Tectonophysics e editor associado de outras revistas. Em 2017, ele recebeu o Prêmio 1000 Talentos da China. Ele foi cofundador da União Europeia de Geociências, onde atuou como Presidente de Divisão, Secretário Geral e Presidente. Thybo é atualmente presidente do International Lithosphere Program (ILP).